[发明专利]连续造孔碳化硅陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉一种连续造孔碳化硅陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

碳化硅(SiC)陶瓷具有高硬度、高强度、耐磨损、耐腐蚀、抗热震、抗氧化以及热导率大、高温稳定性能良好、热膨胀系数较小等优良的性能，可以用来制备新一代的机械密封材料。目前，SiC陶瓷材料已经在各类机械密封中得到大量的使用，为机械设备的高效、节能做出了巨大的贡献。

为了使碳化硅陶瓷材料机械密封件在硬对硬摩擦的工作环境下，具有更高的承载能力、更低的摩擦系数和更长的使用寿命，人们不断致力于提高其硬度、增强其强度、减小其摩擦系数方面的研究。在碳化硅密封件端面上加工出球形微孔表面，是提高其承载能力、降低其摩擦系数的有效途径。

目前，关于碳化硅密封件端面加工出球形微孔表面的方法，在一些公开专利中已经公开，但大多是通过以下两种途径实现的，一是，运用电火花、激光加工、电解加工、超声波加工，电子束加工等方法，在密封端面上加工出球形微孔表面；二是，在碳化硅密封件的制备工艺中，加入在高温环境下容易分解或挥发的盐类或有机物(如碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵以及天然纤维、高分子聚合物和有机酸等)，利用这些物质在低于碳化硅陶瓷烧结温度下会分解或挥发，最后在碳化硅陶瓷基体内部极其表面形成空洞。然而这些方法仍然存在以下问题：

1)、运用材料表面加工技术在密封端面上加工出球形微孔表面的方法，成本较高、工序复杂、耗时耗能，生产效率低，而且只能局限于在密封件的表面处加工出微孔，倘若加工好的密封件表面的微孔在硬对硬摩擦中被磨平后，又得再次取出密封件重新加工。这样的工序极为繁琐，同时也耗时耗力。

2)、通过加入易分解或挥发的盐类或有机物在碳化硅陶瓷内部和表面同时形成孔的方法形成的孔的形状取决于造孔剂的形状，因而所形成的孔的形状各异，很少能形成球状的孔，且孔的分布不均匀。此法要想在密封件表面形成大量的孔，必须加入较高含量的造孔剂(一般占主原料总重的10～20％的易分解或挥发的盐类或有机物)，才能在烧结过程中拥有足够的气体来使陶瓷内部表面产生气孔。由于加入造孔剂的含量较高，必然会影响陶瓷密封件的强度。并且由于烧结过程中气体不断的从陶瓷基体中挥发溢出，很容易在密封件内部形成大量的通孔，降低了密封件的强度和密封性能。

关于利用造孔剂制备多孔陶瓷的报道，在公开专利CN 1442392A中已经公开。上述方法以一定比例的碳化硅粉、Al₂O₃、苏州土和膨润土的混合粉为主要原料，以主原料质量的25～55％的乙醇作为分散介质，主原料质量的40～60％的酵母粉为造孔剂，制备出了气孔率为40～60％、体积密度为0.95～1.5g/cm³的碳化硅多孔陶瓷。运用上述方法制备的碳化硅陶瓷材料的孔洞的形状和大小取决于酵母粉颗粒的形状和大小，不但陶瓷基体内的孔隙尺寸大小不一、形状不规则、分布不均匀，而且产品孔隙率过高，体积密度过低，无法运用于密封器件中。

目前，尚未发现利用氯化盐和氟化盐(或者钙盐和钾盐)作为造孔剂制备碳化硅陶瓷的报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种连续造孔碳化硅陶瓷材料及其制备方法，该方法工艺简单，成本低，生产率高，采用该方法制备的碳化硅陶瓷材料具有硬度高、强度高、摩擦系数低，经后续处理后所形成的孔的形状基本为球形，并且孔隙分布均匀等特性。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种连续造孔碳化硅陶瓷材料，陶瓷材料由主原料和复合造孔剂组成，主原料由以下重量含量的成分组成：碳化硅粉末88～92％和钇铝石榴石8～12％；造孔剂占主原料总重的5～15％。

本发明还同时提供了上述连续造孔碳化硅陶瓷材料的制备方法，依次包括以下步骤：

1)、配料：

由主原料、复合造孔剂组成配料，主原料由以下重量含量的成分组成：碳化硅粉末88～92％和钇铝石榴石8～12％；造孔剂占主原料总重的5～15％；

2)、将碳化硅粉末、钇铝石榴石和造孔剂混合均匀，拌成混合料；

3)、将上述混合料用去离子水搅拌成为固相重量含量为38～42％的浆料，并在球磨机中球磨混合1～5小时；

4)、将步骤3)所得的球磨后浆料于100～200℃的温度下烘干1～5h，然后用混合机再次充分搅拌混合均匀，得粉料；

5)、将上述粉料采用双向压制法置于模具内施压50～180MPa，压制成型；